[发明专利]多天线正交频分复用系统中差分酉空时调制星座映射方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于多天线正交频分复用(OFDM)系统差分酉空时调制信号星座映射方案，属于通信技术领域。

背景技术

移动通信的不断发展和人们对通信需求的日益增长，要求在有效的频谱资源上实现综合业务的快速传输，需要频谱效率极高的技术。MIMO(Multiple InputMultiple Output)技术，即在发送端和接收端采用多个天线，可以在不增加带宽的情况下，成倍的提高通信系统的容量和频谱利用率，因而得到越来越广泛的关注。OFDM(Orthogonal Frequency Division Modulation)技术，是一种多载波传输技术，利用多载波之间的正交性，高效利用频谱资源。MIMO和OFDM两者相结合，充分利用了时间，频率，空间三种分集技术，使无线系统对噪声，干扰和多径的容限大大增加，有效的克服了多径效应和频率选择性衰落的不良影响，提高传输的可靠性，增加系统容量，提高频谱利用率，现已成为第四代移动通信的热点技术。

近几年，人们对空时编码进行了广泛的研究。常用的空时编码有：空时格栅码STTC(Space-Time Trellis Codes)、空时分组码STBC(Space-Time Block Codes)和分层空时码BLAST(Bell Labs Layered Space-Time Architecture)。这些空时编码都需要信道信息，这就需要从发射机到接收机发送训练比特或者导频序列来进行信道估计。然而，信道估计在衰落较快或者发送天线数目较多时变得越来越困难，这将严重制约这些空时编码的应用。因而Hochwald和Marzetta提出了一种不需要任何信道信息的酉空时编码。由于酉空时码中星座设计方法复杂，星座结构推广性差，星座中关键参数的搜索算法复杂度高，因此在酉空时码的基础上，Hochwald又提出了一种结合差分调制的差分酉空时码DUSTM(DifferentialUnitary Space-Time Modulation)。这种方法是在单天线DPSK(Differentialphase-shift keying)的概念上引申出来的，这种方法星座设计简单，星座表示简洁，而且搜索算法复杂度适中，因此成为近年来人们研究的热点。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种多天线正交频分复用系统中差分酉空时调制星座映射方法，该方法基于分集乘积最大化的设计准则，调整搜索步长，扩大搜索空间范围，对传统的差分酉空时星座映射方法进行了改善，使分集乘积增大，提高了系统性能。

技术方案：本发明的多天线正交频分复用系统中差分酉空时调制星座映射方法采用传统的差分酉空时调制方法，酉星座的设计采用一种较为简单的最优酉群码设计方案——对角酉群码，该设计方案采用对角矩阵作为酉空时星座，并且保证星座集合构成一循环群，在酉空时星座的参数选择上，采用调整搜索步长的方法，将搜索空间从整数范围扩大到小数范围的方法，使分集乘积增大，得到更优对角酉群码设计参数。

改进的参数搜索方法是将搜索空间从整数范围扩大到小数范围，在{0，0.01，0.02，…1，1.01，1.02，…，L-1}中找到使分集增益ζ最大的u₁，…，u_m的值。

本发明的多天线正交频分复用系统中差分酉空时调制星座映射方法是：在发送端，将0、1二进制信息比特映射成L＝2^RM进制的信息符号Z_k，Z_k＝0，1，....L-1，映射是为对信息比特做变换成适合发送的形式；信息符号Z_k再进行酉星座映射，映射为M×M个的酉矩阵矩阵的每一列通过对应的天线发送出去；以时间块为单位，即第k个符号时间块内的发送空时星座X_k为前一个时间块的发送星座X_k-1与酉星座映射获得的酉矩阵的乘积；在接收端，接收的信号组合成2M×M矩阵，采用最大似然方法进行译码，得到发送信息；其中：L为进制数，R为数据速率，M为发射天线数，k＝1，2，3…。

在发送端，信息符号Z_k进行酉星座映射为M×M的酉矩阵采用对角矩阵作为酉星座，并且保证星座集合构成一循环群，其数学表达如下：定义循环群的生成矩阵V₁，它为单位矩阵的第L个单位根，即：

其中：u_m∈{0，…，L-1}，为所要设计的参数；m＝0，1，…，M；j表示虚部，π表示圆周率；星座集合中的各个元素可以表示成：